维生素B6衍生的Schiff碱配合物的合成、表征、结构解析、计算分析及其尿素酶抑制活性

《Inorganic Chemistry Communications》：Synthesis, characterizations, structural elucidation, computational analysis, and urease inhibitory activity of vitamin B 6–derived Schiff Base complexes

设计合成五种铜锌配合物并验证其尿酶抑制活性，双核铜配合物4活性最高（IC50=31.39±0.87 μM），分子对接显示多价结合增强抑制效果。

　　

阿米尔·卡里姆（Amir Karim）|阿卜杜勒·贾巴尔（Abdul Jabbar）|阿塔·乌拉（Atta Ullah）|索比亚·阿桑·哈利姆（Sobia Ahsan Halim）|拉希姆·埃沙吉·马莱克沙（Rahime Eshaghi Malekshah）|阿杰马尔·汗（Ajmal Khan）|艾哈迈德·阿尔-哈拉西（Ahmed Al-Harrasi）|穆罕默德·U·安瓦尔（Muhammad U. Anwar）

阿曼尼兹瓦大学（University of Nizwa）自然与医学科学研究中心，尼兹瓦616

摘要

由于现有的尿素酶抑制剂存在抗性，因此需要开发新型的治疗支架。本研究报道了利用吡哆醛基配体设计合成的五种新的Cu(II)和Zn(II)配合物。我们选择吡哆醛衍生物作为配体，因为它们具有生物相容性和多样的配位位点，可以精确调节金属中心的反应性。通过控制反应pH值并使用乙酸作为辅助配体，我们成功制备了三种单核配合物[Cu(HL1)(CH₃OH)][NO₃]（1）、[Cu(HL2)(H₃O)(ClO₄]（2）、[Zn(HL2)(H₃O)(CH₃OH)][NO₃]（3）以及两种双核配合物[Cu₂(HL1)(CH₃COO)][ClO₄]·2CH₃OH（4）和[Cu₂(HL1)(CH₃COO)][NO₃]·CH₃OH（5）。体外实验表明，双核Cu(II)配合物的性能显著优于单核和Zn(II)配合物，其中配合物4的抑制效果最强（IC50 = 31.39 μM），与硫脲相当。分子对接分析证实，双核配合物的增强活性源于通过氢键和π相互作用在尿素酶活性位点的多点结合。

引言

尿素酶是一种含有镍的金属酶，存在于许多细菌、真菌和植物中[1]、[2]、[3]、[4]。它催化尿素的水解反应，生成氨和二氧化碳[5]、[6]。产生的氨会提高体内pH值，是多种疾病的关键因素[7]。在人体胃中，尿素酶可以中和酸性物质，使幽门螺杆菌（Helicobacter pylori）得以定植，从而导致胃炎和溃疡[7]；在泌尿道中，产生尿素酶的细菌（如变形杆菌属）会引发尿结石[9]。目前针对幽门螺杆菌及相关感染的治疗方法越来越无效，部分原因是由于广谱抗生素的耐药性以及现有尿素酶抑制剂的不良副作用[10]。因此，迫切需要开发新的、选择性的尿素酶抑制剂。为了治疗这些疾病，人们研究了包含金属配合物[11]、合成有机化合物[12]和植物提取物[13]作为潜在的治疗剂。已经对多种金属配合物（包括钒(IV)、镍(II)、铜(II)、锌(II)、镉(II)、锡(IV)和铋(III)的配合物进行了彻底研究。值得注意的是，在一些国家，基于铋的化合物被作为主要治疗选择[14]、[15]、[16]、[17]。在这些配合物中，席夫碱（Schiff base）配合物因其在抑制尿素酶活性方面的有效性而受到广泛关注[18]。此外，由氮和氧供体配体制备的金属配合物也被研究作为潜在的尿素酶抑制剂[11]。

吡哆醛是维生素B₆的活性形式，作为多种涉及氨基酸、碳水化合物和脂肪酸的代谢反应中的多功能辅因子[5]。Snell等人[19]证明，维生素B₆依赖的酶促反应可以通过吡哆醛-金属体系形成的席夫碱配合物来模拟[20]。后续研究揭示了金属离子在某些维生素B₆依赖酶中的作用[21]。此外，维生素B₆还具有抗氧化特性[22]，并对类风湿性关节炎[23]和帕金森病[24]具有治疗潜力。吡哆醛异烟酰腙衍生物及其Fe配合物显示出显著的抗肿瘤和抗氧化活性[25]、[26]，而吡哆醛硫semicarbazone Cu(II)和Co(III)配合物对红白血病（erythroleukemia）、MCF7和HeLa癌细胞具有细胞毒性[27]。这些发现共同强调了基于吡哆醛的金属配合物作为有前景的化疗候选物的潜力。尽管已经通过多种方法广泛研究了基于吡哆醛的化合物的生物活性，但发现新的、更有效的候选物仍依赖于大量的筛选工作，因为许多现有化合物的效果有限，并可能伴有不良副作用。此外，许多化合物的水溶性不足是一个关键限制，通常导致生物利用度降低和生物活性减弱。表1全面总结了基于吡哆醛的金属配合物，强调了所使用的过渡金属离子的多样性、相应的配位环境和几何结构，以及这些配合物展示的广泛生物活性。主要的配位模式涉及配体框架中的酚氧基、亚胺氮原子以及其他供体原子（O/N/S）。然而，配体基序的变化以及金属与配体的配比差异往往会导致不同的结构结果[28]、[29]。（见图1。）

受吡哆醛基支架药物重要性的启发，我们在肼分子的芳香环上引入了给电子和吸电子的取代基，设计了两种新的配体H₃L1.HCl和H₃L2.HCl。这些配体具有多个能够与金属中心配位的供体原子。为了探索它们作为尿素酶抑制剂的潜力，我们在碱性介质中合成了系列第一行过渡金属配合物（[Cu(HL1)(CH₃OH)][NO₃]（1）、[Cu(HL2)(H₂O)(ClO₄]（2）、[Zn(HL2)(H₂O)(CH₃OH)][NO₃]（3））。而在酸性介质（乙酸）中，反应形成了由乙酸基团桥接的双核配合物[Cu₂(HL1)(CH₃COO)][ClO₄]·2CH₃OH（4）和[Cu₂(HL1)(CH₃COO)][NO₃]·CH₃OH（5）。这些配合物的结构通过单晶X射线衍射得到确认，其组成通过FT-IR光谱和UV-可见光谱进行了表征。随后通过酶测定法评估了它们的尿素酶抑制活性。在模拟部分，使用DFT-D计算优化了配体及其配合物的HOMO/LUMO轨道。最后，在对接研究中，使用了两种不同的软件包来分析化合物与酶之间的相互作用。

材料

用于配体合成的金属盐、溶剂和起始材料均从商业供应商处购买，无需额外纯化即可使用。高氯酸盐具有潜在的爆炸性，处理时需小心。所有涉及高氯酸盐的反应都在小规模下并在防护罩后进行。

物理测量

在200-700 nm范围内使用Agilent 8453分光光度计和10^-5 M的MeOH溶液获得了UV-Vis光谱。

配体的合成与表征

两种配体H₃L1.HCl和H₃L2.HCl是通过将相应的腙衍生物与吡哆醛盐酸盐在甲醇中缩合制备的，具体过程如方案1所示。通过逐渐加入三乙胺将反应pH值调整至约7，并使用pH试纸监测。中和后，反应混合物变为黄色，并生成淡黄色沉淀。固体产物通过Whatman滤纸过滤收集并依次洗涤。

结论

本研究使用两种基于维生素B₆骨架的新配体（H₃L1.HCl和H₃L2.HCl）合成了一系列第一行过渡金属配合物，并通过光谱和晶体学方法对其结构进行了彻底表征。所合成的配合物（包括单核和双核类型）均表现出显著的尿素酶抑制活性，其中配合物4的抑制效果最强（IC₅₀ = 31.39 ± 0.87 μM）。尽管如此

作者贡献声明

阿米尔·卡里姆（Amir Karim）：撰写初稿、方法学设计、实验研究、数据分析、概念构建。阿卜杜勒·贾巴尔（Abdul Jabbar）：方法学设计、实验研究、数据分析。阿塔·乌拉（Atta Ullah）：方法学设计、数据分析。索比亚·阿桑·哈利姆（Sobia Ahsan Halim）：撰写初稿、实验指导、软件应用、方法学设计、数据分析。拉希姆·埃沙吉·马莱克沙（Rahime Eshaghi Malekshah）：撰写初稿、软件应用、方法学设计、数据分析。阿杰马尔·汗（Ajmal Khan）：撰写初稿、实验指导。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

作者感谢尼兹瓦大学（University of Nizwa）的慷慨支持。

穆罕默德·U·安瓦尔（Muhammad U. Anwar）在巴基斯坦奎阿德-伊-阿扎姆大学（Quaid-I-Azam University）攻读有机化学硕士学位，并在德国卡尔斯鲁厄理工学院（Karlsruhe Institute of Technology）在Annie Powell教授的指导下完成无机化学博士学位。获得博士学位后，他前往加拿大，在纪念大学（Memorial University，与Laurie Thompson教授合作）和温莎大学（University of Windsor，与Jeremy Rawson教授合作）从事博士后研究，专注于多核配合物的研究，并掌握了SQUID磁测技术和小分子分析方面的专业知识。